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% Autor
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%           #1          #2             #3           #4              #5
%\autorPoli{firstnames}{firstinitials}{middlenames}{middleinitials}{surname}
\autorPoli{Rogério}{R.}{Augusto}{A.}{Rondini}

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% Titulo
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\titulo{Uma Arquitetura Baseada em Espaço de Tuplas para Redes IMS}


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% Orientador
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\orientador{Dra. Graça Bressan}

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% Informações Gerais
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\teseDr{Engenharia Elétrica}
\areaConcentracao{Sistemas Digitais}
\departamento{Engenharia de Computação e Sistemas Digitais}
\local{São Paulo}
\data{2012}

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% Capa e Folha de Rosto
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\capa{}

\folhaderosto{}

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% Ficha Catalográfica
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%\setboolean{PoliRevisao}{true} % gera o quadro de revisão após a defesa
\renewcommand{\PoliFichaCatalograficaData}{
  1. Redes de Computadores 2. Sistemas Distribuídos
  I. Universidade de São Paulo. Escola Politécnica.
  \PoliDepartamentoData. II. t.}


\fichacatalografica


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% Dedicatoria e Agradecimentos
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\dedicatoria{
   Dedico este trabalho a meu Pai, falecido meses antes da conclusão, e à minha Mãe pela
força demonstrada em um ano tão difícil.
}
\paginadedicatoria{}

\dedicatoria{
      "... Já não sonho, hoje faço com meu braço o meu viver."
   
      \textit{Fernando Brant \& Milton Nascimento}
}
\paginadedicatoria{}


\begin{agradecimentos}

   À minha esposa Cristina e meus filhos Lorraine e Luccas pela compreensão e apoio,
principalmente durante este ano em que dediquei grande parte do meu tempo à conclusão
do trabalho.

   À minha orientadora, Profa. Dra. Graça Bressan, pela paciência, por acreditar
no trabalho, pela orientação nos momentos mais críticos, e, principalmente, pela
fundamental sugestão para utilização de Redes de Petri Coloridas para demonstração dos
resultados, sem a qual certamente o trabalho não seria concluído.

   Aos professores Dra.Regina de Melo Silveira e Dr. Francisco Reverbel, pelas
valiosas contribuições durante o processo de qualificação.

   Ao amigo Leonardo Gonçalves (Léo) pelas discussões sobre espaço de tupla.

   À Profa. Cristina Borba pelo excelente trabalho de revisão de artigos em Língua
Inglesa, e pelas valiosas dicas e técnicas de apresentação oral.
   
   Ao Prof. Dr. Paulo Barreto por um dia ter dedicado seu tempo na adaptação da macro
ABNTex para os padrões da Poli, e ao grupo PoliGNU por manter esse trabalho atualmente.
Isso facilitou muito a minha vida durante a confecção deste texto.
   
   Aos professores das disciplinas que cursei, Prof. Luiz Barco, Prof. Dr. Alfredo
Goldman (IME), Profa. Dra. Liria Matsumoto Sato, Prof. Dr. Denis Gabos e Prof. Dr. Wilson
Vicente Ruggiero, os quais foram de grande importância para a formulação do trabalho.

   Por fim, à todos que porventura deixei de mencionar mas contribuíram direta ou
indiretamente para que eu pudesse ter êxito na conclusão desta tese de doutorado.


\end{agradecimentos}


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% Resumo e Abstract
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\begin{resumo}
A arquitetura \textit{IP Multimedia Subsystem}, proposta pelo consórcio \textit{Therdy
Generation Partnership Project} como base para o suporte à convergência entre telefonia
móvel e a Internet define uma série de elementos arquiteturais, entre os quais
os componentes de gerenciamento de sessão, denominados \textit{Call Session Control
Function}, e o protocolo \textit{Session Initiation Protocol}, principal protocolo de
comunicação utilizado. \textit{Session Initiation Protocol} é um protocolo da camada de
aplicação utilizado para estabelecer, modificar e terminar sessões multimídia entre
dispositivos. Em redes baseada na arquitetura \textit{IP Multimedia Subsystem}, o
\textit{Session Initiation Protocol} é o responsável pela comunicação entre dispositivos e
a rede, e entre os componentes responsáveis pelo gerenciamento de sessão. Nos últimos
anos, estudos detectaram degradação de desempenho em redes baseadas na arquitetura
\textit{IP Multimedia Subsystem} em função das características centralizadas do
\textit{Session Initiation Protocol} e dos componentes de gerenciamento de sessão. Este
trabalho apresenta uma arquitetura distribuída para redes baseadas em \textit{IP
Multimedia Subsystem}, tendo como fundamento o paradigma de computação paralela baseado em
espaço de tuplas onde os servidores são organizados em uma rede P2P, com objetivo de
prover uma infraestrutura escalável e tolerante a falhas. A validação da arquitetura em
termos de desempenho e escalabilidade se deu através de modelagem formal e simulação com
Redes de Petri Coloridas.

\vspace{0.5cm}

   \textbf{Palavras-chave:} Espaço de Tuplas. Redes P2P. Redes IMS. Protocolo SIP. Redes
de Petri Coloridas. Modelagem e Simulação.
\end{resumo}

\begin{abstract}
    The IP Multimedia Subsystem architecture, proposed by the Therdy
Generation Partnership Project consortium as basis to support the convergence between
mobile networks and the Internet, defines a set of architectural elements, among
then, the session management components called as Call Session Control Function, and the
Session Initiation Protocol, the main used communication protocol.  The Session
Initiation Protocol is an application layer protocol used to establish, modify and
terminate sessions between devices. On the IP multimídia subsystem based network, the
Session Initiation Protocol play a key role on the communication between devices and the
network, and between session management components. In the last years, studies have
detected a performance bottleneck on IP multimedia subsystem networks due to centralized
characteristic of the Session Initiation Protocol and in Session Control components.
This work shows a distributed architecture for IP Multimedia Subsystem networks, taking as
a basis the tuple space-based paradygm, and the servers structured in a P2P network,
aiming to achieve a scalable and fault-tolerant infrastructure. The validation of the
architecture on the performance and scalability took place through the Coloured Petri Net
formal modeling and simulation.


\vspace{0.5cm}

   \textbf{Keywords:} Tuple Space. P2P Network. IMS Network. SIP Protocol.
Coloured Petri Nets. Modeling and Simulation.
\end{abstract}

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% Sumario e listas 
% ----------------------------------------------------------------------------
\tableofcontents

\listoffigures

\listoftables

\begin{listofabbrv}{000000000}
   \item [3GPP]    Third Generation Partnership
   \item [CSCF]    Call Session Control Function
   \item [P-CSCF]  Proxy Call Session Control Function
   \item [S-CSCF]  Serving Call Session Control Function
   \item [I-CSCF]  Interrogate Call Session Control Function   
   \item [CPN]     Coloured Petri Net   
   \item [CTS]     Centralized Tuple Space
   \item [DHT]     Distributed Hash Table
   \item [DNS]     Domain Name Service
   \item [DTS]     Distributed Tuple Space
   \item [HSS]     Home Subscriber Server
   \item [IETF]    Internet Engineering Task Force 
   \item [IMS]     IP Multimedia Subsystem
   \item [LTS]     Local Tuple Space
   \item [QoE]     Quality of Experience
   \item [QoS]     Quality of Service
   \item [QPN]     Queuing Petri Nets
   \item [NGN]     Next Generation Network
   \item [PDF]     Policy Decision Function
   \item [RTP]     Real-time Transport Protocol
   \item [SCC]     Strongly-Connected-Component Graph
   \item [SDP]     Session Description Protocol
   \item [SIP]     Session Initiation Protocol
   \item [SLF]     Subscriber Location Function
   \item [UA]      User Agent
   \item [UE]      User Equipment
   \item [URI]     Universal Resource Identifier
\end{listofabbrv}


\begin{listofsymbols}{10000000000}
   \item [$\lambda$]       Taxa de chegada de requisições
   \item [$\psi$]          Escalabilidade
   \item [$U_{CSCF_{i}}$]  Taxa de utilização dos CSCF
   \item [$mr$]            Média de requisições atendidas pelo CSCF
   \item [$Rr$]            Tempo de residência para operações de registro
   \item [$Rs$]            Tempo de residência para operações de estabelecimento de sessão
   \item [$V$]             Vazão (\textit{Throughput}) do sistema
   \item [$E(w)_{LTS_{i}}$]      Tempo médio de espera no LTS
   \item [$E(w)_{DTS}$]          Tempo médio de espera no TTS
   \item [$E(n_{q})_{LTS_{i}}$]  Média de tuplas no LTS
   \item [$E(n_{q})_{DTS}$]      Média de tuplas no DTS
   \item [$mt$]            Tempo global do simulador (\textit{Model Time})
   \item [$Sp$]            SpeedUp
   \item [$Ep$]            Eficiência
   \item [$F(p)$]          Produtividade
   \item [$f_{QoS_{p}}(\sigma_{1},..,\sigma_{n})$]    Função de qualidade de serviço
   

\end{listofsymbols}
